激光雷达纷繁复杂的技术路线组合

作者 | 11号线人

历史不成熟的经验表明：技术路线的收敛，往往是新技术大规模落地的标志。按照这种经验审视自动驾驶技术，会遗憾地得出自动驾驶落地还遥遥无期的悲观结论，毕竟自动驾驶一是不缺自信、二不缺技术路线之争。    

技术路线之争往大了看有单车智能和车路协同之争、有纯视觉和多传感器融合之争、有依赖高精地图和不依赖高精地图之争……，往小了看有激光雷达布置位置之争、有行泊一体和分立之争……

在所有技术路线之争中，如果要挑一个我心中最有意思和最热闹的，非激光雷达莫属，不信你看：

（1）测距方法有飞行时间（Time of Fly，ToF）法和调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW）法之争；

（2）激光器有边缘发射激光器（Edge Emitting Laser，EEL）和垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VSCEL）之争；

（3）激光波长有905nm和1550nm之争；

（4）探测器有雪崩光电二极管（Avalanche photodiode，APD）、单光子雪崩二极管（Single photon avalanche diode，SPAD）、硅光电二极管（Silicon photomultipliers， SiPMs）之争；

（5）扫描模块有机械式、混合固态、固态之争；混合固态又有棱镜、转镜和微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）微振镜之争，固态有光学相控阵（Optical Phased Array，OPA）和Flash之争。

如果单纯地将不同技术路线进行排列组合，理论上可以有上百种组合，如图1所示，这也意味着将有上百种类型激光雷达。

图1 激光雷达纷繁复杂的技术路线组合

但很明显，图1中不是所有连线都具有可行性。而本系列科普文章，就是想讲明白哪些技术路线不合理，哪些技术路线是已经被淘汰，哪些技术路线正在被广泛使用，哪些技术路线是未来的发展方向。

在大规模枯燥的科普知识之前，第一篇就让我们从紧张刺激而又跌宕起伏的激光雷达发展历史讲起。

早在二十世纪六十年代，休斯实验室的Maiman和Lamb就研制出了可以发出694.3nm红色激光的红宝石激光器，这是公认的世界上第一台激光器。为什么叫红宝石呢，因为该激光器的工作物质就是掺有铬和铝的红宝石。

此后随着激光技术的发展，使用激光进行探测的激光雷达也得到发展，不过那时还主要用于科研领域，比如用于气象探测，比如用于对海洋、森林、地表的地形测绘，和一般人还没什么交集。

到了二十世纪八十年代，激光雷达引入了扫描结构，视场角增大之后也让其在部分商用领域找到了立足之地，比如工业测量，著名的Sick（西克）及 Hokuyo（北洋）公司针对此领域推出的扫描式2D激光雷达便是其中的优秀代表。 

2000年以后，激光雷达由单线扫描又进化到多线扫描，并逐渐在环境三维高精度重建应用上展露出一些优势。

2004年，这是激光雷达种子在自动驾驶领域种下的年份，美国第一届无人车挑战赛在“别人恐惧我贪婪”的DARPA资助下如期举行，参赛队伍里有一家名叫Velodyne的公司，这是一个生产音响设备的公司，创始人为David Hall博士。

据说Velodyne参加比赛是为了推销自家的音响产品，不信你看它的队名DAD（Digital Audio Drive，数字音频驱动），不看解释我还以为他叫“爹地队”，是我肤浅了。Veloyne参加比赛的车辆是一辆被改装了的带有全景摄像头的皮卡，如图2所示。

图2 Velodyne参加无人车挑战赛的团队合影

Velodyne虽然最后没有完成比赛，但David Hall博士在比赛中发现了一个新奇的玩意：单线激光雷达，得知这个玩意的工作原理之后，David Hall博士随机感受到这玩意的巨大魅力，同时也看到了单线激光雷达的局限性，比完赛回来之后马不停蹄地就投入到激光雷达的研究中。

2005年，第二届无人车挑战赛上，Velodyne在参赛车辆上装了一个自家发明的360°多线束旋转式激光雷达，这台激光雷达直径达30英寸，重达100磅，实实在在的一个大家伙，“花盆”的外号也因此由来。

虽然依旧没有完成比赛，但这颗车顶的激光雷达引起了其他队伍的浓厚兴趣。比赛之后，Velodyne继续与这些参赛队伍保持联系，并基于这些需求不断优化自己的激光雷达产品。

2007年，第三届无人车挑战赛移步城市举行，Velodyne虽然没有参加比赛，但是在７支跑完了全程的队伍中，有６支搭载了Velodyne的64线束激光雷达HDL-64，Velodyne激光雷达自此一战成名。

比赛结束后，版权保护意思强烈的David Hall博士随即将这项新发明申请了专利，并授权给了Velodyne公司，专利号为US7969558（High definition LiDAR System），业内称为“558专利”。

2011年6月，该专利又获得美国专利审判和上诉委员会（Patent Trial and Appeal Board，PTAB）的授权，这意味着“558专利”成为机械旋转式激光雷达的基础专利，成为其他研发机械旋转式激光雷达绕不过去的坎，这也成为后续众多江湖恩怨的起源。

继续回到DARPA资助的无人车挑战赛上，当时低调亮相的另外一家激光雷达鼻祖便是Ibeo。1998年成立的Ibeo，2年后被SICK收购。第三届DARPA资助的无人车挑战赛上，Ibeo都有给部分参赛队伍提供单线扫描式激光雷达。

尤其是在2005年第二届无人车挑战赛上，斯坦福团队通过在感知方案中加入5个Ibeo激光雷达，成功在那一年的挑战赛中脱颖而出，参赛车辆如图3所示。我有点理解Velodyne的David Hall博士为什么要做多线激光雷达了，5个单线激光雷达并排放着确实有点壮观。

图3 Ibeo单线激光雷达的斯坦福团队参赛车辆

2009年是两家激光雷达鼻祖光辉岁月的开年。

这一年，Ibeo从SICK重新获得独立运营权，好运也随之到来。2010年，获得了法雷奥的青睐，双方将合作共同为奥迪L3自动驾驶项目开发车载激光雷达，项目总额达到10亿美金。

这一年，Velodyne推出64线旋转式激光雷达的改进版HDL-64E，随着投入到无人驾驶领域研究的公司越来越多，HDL-64E可谓一机难求，遍寻宇宙无敌手，8万美金一颗的价值就正面说明了市场的火爆，图4为搭载在Voyage车上的HDL-64E。

图4 搭载在Voyage车上的HDL-64E

2009年之后，Velodyne在自动驾驶领域叱咤风云、为虎作伥，Ibeo在乘用车前装量产领域呕心沥血、潜心打磨。

花开两朵，各表一枝，先来说说Ibeo。

经过7年研发和量产打磨，2017年，其为奥迪A8打造的全球第一款车规级激光雷达SCALA量产交付，该款4线激光雷达扫描系统采用一维转镜方案，水平视场角达到了145°，测距达到了150m，图5为搭载SCALA奥迪A8。本以为这将是Ibeo的腾飞时刻，未曾想，奥迪临门刹车，叫停了带L3自动驾驶功能的A8量产。

图5 搭载SCALA的奥迪A8

虽然遭受了客户奥迪的爽约，合作伙伴法雷奥的移情别恋，Ibeo非但没有就此沉沦，反而极大激发了自己的斗志，特别是在采埃孚入股Ibeo之后，更是开足马力投入了固态激光雷达的研发中，以期证明自己，这种对技术的执着实在是令人钦佩。

这种执着在2019年换来了回报，前脚刚一口气发布了短、中、长距三款纯固态激光雷达产品ibeoNEXT，后脚就被东方大国神秘的客户长城汽车看中，随机宣布与其达成战略合作，ibeoNEXT将搭载在长城魏牌系列车型，并定于2021年投产。

ibeoNEXT长距产品采用885nm波长激光器，拥有11.2°x5.6°的视场角，140m的探测能力。这个参数属实有点尴尬，目前主机厂对主激光雷达的视场角要求一般是120°x25°，所以要用ibeoNEXT长距款作为主激光，需要11个拼起来……，造型上得有多丑，造型设计部门得有多头大。

难怪有业内专家说：落地是不可能的，只是一个噱头。所以这个合作的结局早已注定，只是没想到这么悲壮。

计划搭载IbeoNEXT的长城魏牌摩卡车型经历了延迟、延迟、再延迟……。2022年8月，成都车展上，长城魏牌终于官宣了旗下首款激光雷达车型：摩卡DHT-PHEV激光雷达版，但为其站台的激光雷达厂商却不是Ibeo，而换成了速腾聚创。2022年9月，我们也没有等来ibeoNEXT量产的喜讯，却等来Ibeo破产的消息。

一代激光雷达佳人消香玉损，世人在评价她时，总是指责其在技术上步子卖的太大，融资和客户上又不够用心。但我总觉得这符合西方创业公司的传统，认准一项技术，死磕，垄断世界、惊艳世人。  

Ibeo只是破产，又不是原地毁灭，这个时候说不定哪家公司正在继承Ibeo的衣钵，正在潜心研究固态激光雷达，以期一鸣惊人。

到了另一朵花，Velodyne。 

2009年之后，自动驾驶赛道的火热将Velodyne推上激光雷达铁王座，虽然8万美金一颗、虽然售后服务几近于无，虽然供货周期漫长，但奈何市场别无其他激光雷达可选。2016年，为了能够享受到优先提货权，福特和百度更是向Velodyne激光雷达公司联合投资了1.5亿美元。

时人常戏称：能有多少自动驾驶车辆上路，就看Velodyne能生产多少激光雷达。

这种躺赢的局面持续到了2017年，如果从2007年第三届无人车挑战赛算起，整整躺赢了10年。后面的故事大家就比较熟悉一点，以禾赛科技和速腾聚创为首的国内激光雷达厂商开始入局，其产品以极高的性价比、贴心的售后服务及极友善的交付周期迅速圈粉无数。

2019年8月，感受到国内厂商威胁的Velodyne祭起了大杀器“558专利”，在美国加州起诉了禾赛科技和速腾聚创两家中国公司侵权。

刚发起专利诉讼没多久，2019年底，想要将主要精力放在欧美市场的Veodyne突然决定不直接在中国市场销售激光雷达，而是通过代理模式发展，同时裁掉了大部分在中国的工作人员。未曾想，战略放弃的中国市场在两年后成为激光雷达最核心的战场。

2020年6月和9月，禾赛科技和速腾聚创先后跟Velodyne达成了和解，并签署了专利许可协议。两家公司同意向Velodyne支付和解费用，包括一次性的专利许可补偿及后续按年支付的专利许可使用费。

之后的两年，用内忧外患形容Velodyne毫不为过，曾经引以为傲的机械式激光雷达市场迅速缩水，2020年推出的混合固态激光雷达又没激起水花。覆巢之下安有完卵，2021年，David Hall博士和其妻子因“表现不当且缺乏诚信”被罢免职务。

终局就是2023年开年，Velodyne宣布与Ouster公司合并，合并后公司仍以Ouster命名，股票代码也是OUST，一代激光雷达巨头，真的是挥一挥衣袖，不带走一个名字。

在激光雷达的发展史上，还有许多发挥重要作用的人物和公司，在此我们就不展开叙述，只是通过Velodyne和Ibeo两家公司波澜壮阔的发展历史来回顾激光雷达的青葱岁月。

参考资料：

【1】Velodyne：激光雷达创造者，坠落在黎明前夜

https://mp.weixin.qq.com/s/ywE7vAWrn9okUtdeaK2g4A

【2】从诞生到申请破产，激光雷达元老Ibeo的二十五年“缓行”

https://mp.weixin.qq.com/s/kgiln3RCmQqwESrO_GZVSw